軌道吸音板在北京地鐵工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、106文章編號(hào)：16727479（2015）02010603鐵道勘察2015年第2期軌道吸音板在北京地鐵工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用劉瑋（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055）ApplicationandTestofTrackAcousticalSlabinBeijingSubwayEngineeringLIUWei摘要軌道吸音板由優(yōu)質(zhì)低堿普通硅酸鹽水泥、吸聲陶粒等固結(jié)而成，一般放置于軌枕或整體道床上，直接吸收輪軌一次噪聲。結(jié)合北京地鐵工程情況，介紹軌道吸音板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、降噪機(jī)理，并對降噪值進(jìn)行理論預(yù)測分析。通車后隧道內(nèi)現(xiàn)場測試表明，降噪效果可達(dá)3dB（A）以上。關(guān)鍵詞吸音板軌道中圖分類號(hào)：U

2、213降噪文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A還應(yīng)具有良好的耐久性。品不僅要保證降噪效果，軌道吸音板作為主型軌道吸音產(chǎn)品，目前已在德國、日本、韓國及香港等城市軌道交通中得到成功應(yīng)降噪效果可達(dá)3.96.2dB（A）。與城市軌道交通用，技術(shù)發(fā)達(dá)國家相比，我國尚無成熟的軌道吸音板產(chǎn)品，大多都在研究試驗(yàn)階段。上海地鐵3號(hào)線雖然引進(jìn)試鋪過德國吸音板，但并未規(guī)模采用。北京地鐵昌八聯(lián)絡(luò)線地下段約4.3km梯形軌枕減振地段要求鋪設(shè)軌道吸音板，本文以此為工程依托，系統(tǒng)開展軌道吸音板的研制應(yīng)用及降噪效果測試工作。近年來，我國大力發(fā)展城市軌道交通建設(shè)，線路里程不斷延長，客流量不斷增大，地鐵已成為我國各大城市的重要交通方式。由于列車車輪、

3、鋼軌表面?zhèn)麚p及城市軌道交通車輛運(yùn)行將不軌道結(jié)構(gòu)不平順的影響，可避免地產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，直接影響旅客乘車的舒適性。創(chuàng)造低噪聲的乘車環(huán)境，建立“以人為本”的環(huán)境友好型地鐵已成為軌道交通建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。為適應(yīng)地鐵行車密度大、維修時(shí)間短的特點(diǎn)，軌道吸音產(chǎn)01-12收稿日期：2015-2009年畢業(yè)于北京交通大學(xué)道路與鐵道作者簡介：劉瑋（1983），工程專業(yè)，碩士，工程師。櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆北京：中國鐵道出版社，2005規(guī)范S用密布橫梁混凝土橋面板的方案是合適的，具有橫向剛2彭嵐平，鐵道徐升橋，高靜青鋼桁梁有碴橋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研

4、究J度大、建筑高度低等優(yōu)點(diǎn)，較傳統(tǒng)的鋼桁梁取消了下平縱聯(lián)，施工更為簡便?？紤]混凝土板參與主桁共同受力可以降低下弦桿的截面。方案1和方案2橋梁剛度、強(qiáng)度和混凝土板受力等都能滿足相關(guān)規(guī)范要求，方案2在方案1基礎(chǔ)上加大節(jié)間距并加密橫梁，橫梁數(shù)量增加后減小了混凝土板的截面尺寸，改善了混凝土板受力，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)高度，橋面板整體受力性能優(yōu)于方案1，橋面板厚度減小后結(jié)構(gòu)自重隨之減小，提高了結(jié)構(gòu)的整體受力性能。通過合理的選擇節(jié)間距和橫梁間距，方案2可有效節(jié)省材料用量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)1中華人民共和國鐵道部TB10002.12005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本2007（S）勘察，3徐勇，戴曉春高速鐵路96m鋼桁梁

5、橋面系結(jié)構(gòu)形式比較研究J鐵道勘察，2007（S）4張敏，葉梅新，張曄芝密布橫梁正交異性板整體橋面受力行為J中國鐵道科學(xué)，2010，31（3）5蘇彥江鋼橋構(gòu)造與設(shè)計(jì)M成都：西南交通大學(xué)出版社，20066陳佳，葉梅新，周德下承式密布橫梁體系鋼混組合橋受力狀態(tài)2010，42（2）研究J中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，7高文軍廣珠鐵路跨廣清高速公路80m結(jié)合鋼桁梁設(shè)計(jì)J鐵2013（3）道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，8聶建國鋼-M北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2005混組合結(jié)構(gòu)9黃僑，周志祥橋梁鋼-混組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理M北京：人民交通2004出版社，軌道吸音板在北京地鐵工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用：劉瑋1071軌道吸音板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)聲聲波入射到采用

6、多孔吸聲材料預(yù)制而成的吸音板板面后，沿著孔結(jié)構(gòu)進(jìn)入吸音板中，激發(fā)孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空氣振動(dòng)，空氣與孔壁摩擦產(chǎn)生熱傳導(dǎo)作用后，由于空氣的粘滯性，孔結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生相應(yīng)的粘滯阻力，使振動(dòng)能（聲能）不斷轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，從而使聲波衰減，達(dá)到降低輪軌噪聲的目的。軌道吸音板是利用優(yōu)質(zhì)低堿普通硅酸鹽水泥作為粘接劑，將一定級(jí)配的吸聲陶粒固結(jié)而成的降噪結(jié)構(gòu)。軌道吸音板不僅應(yīng)具有較好的降噪效果，還應(yīng)結(jié)合具滿足使用安全，節(jié)能環(huán)保，便于實(shí)施安體工程的特點(diǎn)，裝及拆卸維護(hù)的要求。北京地鐵軌道吸音板設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)。2.1降噪值理論預(yù)測1.1采用門形結(jié)構(gòu)聲波在地下隧道空間內(nèi)輻射、傳播且不斷反射，由于直接聲源和反射聲源的疊加效應(yīng)，噪

7、音污染源難以消除。根據(jù)室內(nèi)聲場的研究理論，軌道吸音板降噪值采用統(tǒng)計(jì)聲學(xué)和幾何聲學(xué)的方法進(jìn)行預(yù)測。為平均吸音系數(shù)（比1小得多），設(shè)S為表面積，房間系數(shù)按下式計(jì)算S=12分別為輪軌噪音聲源附近放置吸音板前設(shè)1、LW為輪軌噪音聲源的聲功率級(jí)，后的房間常數(shù)，則距聲源r處相應(yīng)的聲壓級(jí)分別為Q4）2+14rQ4Lp2=Lw+10lg（+）4r22放置軌道吸音板前后輪軌噪音聲源的聲壓級(jí)之Lp1=Lw+10lg（差，即各點(diǎn)的吸聲降噪量為Lp=Lp1Lp2Q42+14r=10lg（）Q4+4r22軌道吸音板呈長方形，鋪設(shè)在梯形軌道道床上，沿每塊板長570mm，板縫為30mm。軌道縱向排成縱列，研究表明，在吸音材

8、料與剛性壁之間留一定距離的空腔，可有效改善對低頻噪聲的吸聲性能，當(dāng)腔深為入射吸聲系數(shù)最大。因此，本次設(shè)計(jì)的聲波的1/4波長時(shí)，軌道吸音板橫斷面設(shè)計(jì)為門形，底部采用凹槽結(jié)構(gòu)，可有效提高降噪效果，節(jié)省原材料成本。門形結(jié)構(gòu)的空腔也保證了足夠的排水空間（如圖1所示）。圖1梯形軌枕地段軌道吸音板的布置1.2增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度軌道吸音板鋪設(shè)于道床中間，必須滿足維修人員行走作業(yè)及緊急情況下人員疏散的要求。因此，軌道吸音板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度一般不低于8N/mm。換軌現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，軌道吸音板內(nèi)布置玻璃纖維加強(qiáng)筋可防止換軌時(shí)鋼軌沖擊引起軌道吸音板碎裂，甚至折斷的現(xiàn)象。因此，本工程軌道吸音板通過設(shè)置玻璃纖維筋等措施對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

9、進(jìn)行優(yōu)化，其強(qiáng)度可以滿足運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)維修需要?？梢钥闯?，當(dāng)測點(diǎn)不受直射聲影響時(shí)降噪量最大，該式可簡化為Lp=10lg22112=10lg10lg111211.3增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為增強(qiáng)吸音板結(jié)構(gòu)安裝后的穩(wěn)定性，避免列車沖設(shè)V為體積，混響時(shí)間T可按下式計(jì)算T=SSln（1）代入前式得Lp10lgT1T2擊振動(dòng)對結(jié)構(gòu)的可能破壞，軌道吸音板四周設(shè)置有緩沖膠墊，可避免吸音板與鄰近結(jié)構(gòu)的剛性接觸。緩沖膠墊填充軌道吸音板與道床間的縫隙，也可避免雜物掉入，有利于保證軌道結(jié)構(gòu)的良好使用狀態(tài)。根據(jù)北京地鐵8號(hào)線的實(shí)際工程條件，隧道壁吸音系數(shù)取0.06，吸音板吸音系數(shù)取0.9，吸音板表面積為1.2m，圓形盾構(gòu)直徑為5.

10、4m，鋪設(shè)吸音板前后的混響時(shí)間及吸音板理論降噪量分別為S5.41.250.060161VT2=S2ln（12）2軌道吸音板的降噪機(jī)理及效果驗(yàn)證軌道吸音板放置于軌枕或整體道床上，利用聲學(xué)上的空腔共振和孔隙吸聲原理，直接吸收與其最接近的輪軌一次噪聲，達(dá)到降低輪軌噪聲的目的。輪軌噪1080161542/4125=1.67（s）12ln（109）Lp10lgT1=3.4（dB）T2鐵道勘察2015年第2期2.2實(shí)測降噪效果昌八聯(lián)絡(luò)線運(yùn)營期間，選取工況相同（圓形盾構(gòu)，梯形軌枕，車速72km/h）的兩個(gè)斷面進(jìn)行實(shí)車對比測試，測點(diǎn)分別布置于道心、道床表面及隧道壁上。不同位置處的噪聲測試對比結(jié)果見表1。表1圖

11、3道床測點(diǎn)插入損失值1/3倍頻程各測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果及插入損失計(jì)算dB（A）道床LAeq洞壁LAeq道心LAeq3.73.23.9圖4隧道洞壁測點(diǎn)插入損失值1/3倍頻程降噪效果較好，北京地鐵軌道吸音板的設(shè)計(jì)應(yīng)用是合理可靠的。3結(jié)論根據(jù)測試結(jié)果，鋪設(shè)軌道吸音板后，道心噪聲降低3.7dB（A），道床噪聲降低3.2dB（A），隧道洞壁噪聲降低3.9dB（A），不同位置處的噪聲插入損失值基本相同。由于理論預(yù)測的噪聲降低值僅考慮軌道吸音板上表面的降噪效果，忽略了側(cè)表面的降噪功能及軌道吸音板鋪設(shè)對噪音直射角度范圍的影響，因此，與理論預(yù)測值相比，實(shí)測噪聲降低值更大。噪聲插入損失值的1/3倍頻程如圖2圖4所示。利用

12、國際先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合我國城市軌道交通的特點(diǎn)，軌道吸音板在北京地鐵工程中首次規(guī)模應(yīng)用，現(xiàn)場使用效果良好，降噪效果可達(dá)3dB（A）以上。軌道吸音板不僅可用于地下段的噪聲治理，也可配合聲屏障、高彈性扣件的使用，進(jìn)一步降低高架線的噪聲輻射水平，避免噪聲對沿線居民正常生活的影響。隨著我國城市軌道交通建設(shè)的不斷發(fā)展，軌道吸音板具有良好的推廣前景。參20042馬大猷現(xiàn)代聲學(xué)理論基礎(chǔ)M北京：科學(xué)出版社，20043張馳噪聲污染控制技術(shù)M北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，20064常亮，翟婉明，蔡成標(biāo)，等高速鐵路無砟軌道吸音板降噪效果仿J鐵道建筑，2013（10）：88-91真分析5仲新華，謝永江，汪佳薇鐵路無砟軌道水泥基吸聲板的研制J2008（6）：105-107噪聲與振動(dòng)控制，6楊新文，翟婉明，劉榮珍鐵路無砟軌道吸聲板降噪效果分析J2010，31（6）：38-41中國鐵道科學(xué)，7馬筠對無砟軌道吸聲板降噪措施效果的評(píng)價(jià)與分析J噪聲與2008，35（3）：111-113振動(dòng)，8馬保國，朱洪波，董榮珍，等軌道交通噪聲控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及吸聲J鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（2）材料研究9閆利成，李國輝，張建龍時(shí)間序列分析在某滑坡變形監(jiān)測預(yù)報(bào)中J鐵道勘察，2014（5）